[发明专利]离子性凝胶电解质、色素增感型光电转换元件及太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及离子性凝胶电解质、色素增感型光电转换元件及太阳能电池。

背景技术

近年，色素增感光电转换元件及太阳能电池作为下一代的太阳能电池受到关注。该电池一般使用溶剂作为电解质溶剂。由于有机溶剂从电池的稳定性方面来看，未必实用，因此采用热稳定性及不挥发性的离子性液体作为电解质溶剂受到了关注。但是，与使用有机溶剂时相比，使用离子性液体的太阳能电池又产生了转换效率有低下的问题。

离子性液体作为电解质溶剂时，人们将离子性液体准固态化来实现电池的长期稳定性。作为将离子性液体准固态化的技术，可考虑使用化学凝胶或物理凝胶的技术。前者为通过利用高分子化合物的形成等化学反应而产生凝胶化的方法，后者则是利用氢键或范德华力等非共价键合性相互作用的准固态化技术。目前，无论使用上述哪一种凝胶的色素增感太阳能电池的实用化研究都很活跃。

其中受到关注的，有将氧化钛或碳纳米管等纳米粒子的离子性液体凝胶化的方法，将其使用到色素增感太阳能电池的应用研究也正在进行。(非专利文献1、非专利文献2、专利文献1)

另外，从物理凝胶应用于色素增感太阳能电池的方面来看，只有使用低分子体系凝胶化剂的离子性液体凝胶的相关报告(非专利文献3、非专利文献4)。

但是，使用通过低分子凝胶化剂形成的离子性液体准固态电解质的色素增感太阳能电池虽然实现了相对优异的电池稳定性，但是转换效率低，为5％，与采用由有机溶剂得到的电解质的体系相比，该值相当低。其原因可认为是由于准固态化阻碍了离子传导性。

进一步地，使用低分子凝胶化剂时，若为了提高太阳能电池的转化效率而添加高浓度的碘或碘化锂和叔丁基吡啶等，则凝胶化能力显著降低。实际上，目前还没有添加了碘化锂或叔丁基吡啶的离子性液体电解质被低分子凝胶化剂凝胶化的例子。由此可以认为，缺乏合适的低分子凝胶化剂是阻碍高效率化的原因之一。

专利文献1：日本特开2005-93075号公报；

非专利文献1：Wang e t aL.，J.Am.Chem.Soc.，2003，125，1166；

非专利文献2：Usui et aL.，J.Photochem.PhotobioL.A：Chem.，2004，164，97；

非专利文献3：Kubo et aL.，Chem.Commun.，2002，374；

非专利文献4：J.Phys.Chem.B，2003，107，4374。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决现有技术中利用低分子凝胶化剂形成的物理凝胶化剂而准固态化(凝胶化)的离子性液体凝胶电解质的光电转换率低的问题，提供使用新型凝胶化剂得到的离子性液体凝胶电解质、使用该离子性液体凝胶电解质的新型色素增感型光电转换元件以及含有该新型色素增感型光电转换元件的太阳能电池。

本发明人，为了解决上述问题而进行精心研究，结果发现下述内容，从而完成本发明。

(1)上述新型的含有低聚物凝胶化剂(由本发明人提出的日本特愿2005-040532号发明)，为下述通式(1)所示的直链状(非环状)化合物和通式(2)所示的环状多聚体化合物的混合物。

(2)该低聚物，由其化学结构式可知，形成X配位在吡啶的氮原子上的结构。此次，发现了使用含有该低聚物凝胶化剂将液体电解质凝胶化所得到的液体电解质表现出优异的离子传导性。

[化学式1]

(式中，n为2～30的整数，X表示选自卤原子、四氟硼酸基(BF₄)、六氟磷酸基(PF₆)、双(三氟甲磺酰)亚胺、硫氰酸酯基(SCN)、硝酸基(NO₃)、硫酸基(SO₄、1/2当量)或磷酸基(PO₄、1/3当量)中的一种原子或离子。)

(3)若将由上述凝胶化剂使液体电解质凝胶化所得到的液体电解质用于色素增感型光电转换元件，则发现可以提高光电转换率。然后又发现由该色素增感型光电转换元件构成的太阳能电池，其太阳能的光电转换率可以提高。

通过上述新的发现得到的本发明如下所述。

(1)一种离子性液体凝胶电解质，其特征在于，由含有下述通式(1)和通式(2)所示的低聚物凝胶化剂将液体电解质凝胶化得到。

[化学式2]